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JP2022551361A - 有機発光素子、その製造方法および有機発光素子の有機物層用組成物 - Google Patents

有機発光素子、その製造方法および有機発光素子の有機物層用組成物 Download PDF

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JP2022551361A JP2021565745A JP2021565745A JP2022551361A JP 2022551361 A JP2022551361 A JP 2022551361A JP 2021565745 A JP2021565745 A JP 2021565745A JP 2021565745 A JP2021565745 A JP 2021565745A JP 2022551361 A JP2022551361 A JP 2022551361A
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Abstract

本明細書は、有機発光素子、その製造方法および有機物層用組成物に関する。

Description

本出願は、2019年10月8日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第10-2019-0124527号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に組み込まれる。
本明細書は、有機発光素子、その製造方法および有機発光素子の有機物層用組成物に関する。
電界発光素子は、自発光型表示素子の一種であって、視野角が広く、コントラストに優れているだけでなく、応答速度が速いというメリットがある。
有機発光素子は、2つの電極の間に有機薄膜を配置させた構造を有している。このような構造の有機発光素子に電圧が印加されると、2つの電極から注入された電子と正孔が有機薄膜で結合して対をなした後、消滅しながら光を発する。前記有機薄膜は、必要に応じて単層または多層から構成される。
有機薄膜の材料は、必要に応じて発光機能を有することができる。例えば、有機薄膜材料としては、それ自体が単独で発光層を構成できる化合物が使用されてもよく、またはホスト-ドーパント系発光層のホストまたはドーパントの役割を果たす化合物が使用されてもよい。その他にも、有機薄膜の材料として、正孔注入、正孔輸送、電子ブロック、正孔ブロック、電子輸送、電子注入などの役割を果たす化合物が使用されてもよい。
有機発光素子の性能、寿命または効率を向上させるために、有機薄膜の材料の開発が求められ続けている。
米国特許第4,356,429号
本出願は、有機発光素子、その製造方法および有機発光素子の有機物層用組成物に関する。
本出願の一実施態様は、第1電極と、第2電極と、前記第1電極および第2電極の間に備えられた1層以上の有機物層とを含む有機発光素子であって、
前記有機物層のうちの1層以上が、下記化学式1で表されるヘテロ環化合物、および下記化学式2で表されるヘテロ環化合物を含む有機発光素子を提供する。
Figure 2022551361000002

Figure 2022551361000003

前記化学式1および2において、
N-Hetは、置換もしくは非置換であり、Nを1個以上含む単環もしくは多環のC2~C60のヘテロ環基であり、
LおよびL1は、直接結合;置換もしくは非置換のC6~C60のアリーレン基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリーレン基であり、
Ar1は、置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基であるか、下記化学式1-Aで表され、
Figure 2022551361000004

X1は、O;S;またはNR22であり、
R1~R4は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;C1~C60の置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であるか、互いに隣接する2以上の基は、互いに結合して置換もしくは非置換のC6~C60の脂肪族または芳香族炭化水素環、または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロ環を形成し、
R5~R7およびR11~R19は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン;シアノ基;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC2~C60のアルケニル基;置換もしくは非置換のC2~C60のアルキニル基;置換もしくは非置換のC1~C60のアルコキシ基;置換もしくは非置換のC3~C60のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロシクロアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基;-P(=O)RR’;-SiRR’R”および-NRR’からなる群より選択され、
A1およびA2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、O;S;NRa;またはCRbRcであり、
前記R22、R、R’、R”およびRa~Rcは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であり、
b、cおよびdは、0~3の整数であり、
fは、0~2の整数であり、
aおよびeは、0~5の整数である。
また、本出願の他の実施態様は、前記化学式1で表されるヘテロ環化合物、および前記化学式2で表されるヘテロ環化合物を含む有機発光素子の有機物層用組成物を提供する。
最後に、本出願の一実施態様は、基板を用意するステップと、前記基板上に第1電極を形成するステップと、前記第1電極上に1層以上の有機物層を形成するステップと、前記有機物層上に第2電極を形成するステップとを含み、前記有機物層を形成するステップは、本出願に係る有機物層用組成物を用いて1層以上の有機物層を形成するステップを含む有機発光素子の製造方法を提供する。
本出願の一実施態様に係るヘテロ環化合物は、有機発光素子の有機物層材料として使用することができる。前記ヘテロ環化合物は、有機発光素子において正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、電荷生成層などの材料として使用できる。特に、前記化学式1で表されるヘテロ環化合物、および前記化学式2で表される化合物は、有機発光素子の発光層の材料として使用できる。また、前記化学式1で表されるヘテロ環化合物と前記化学式2で表されるヘテロ環化合物を有機発光素子に使用する場合、素子の駆動電圧を低下させ、光効率を向上させ、化合物の熱的安定性によって素子の寿命特性を向上させることができる。
特に、化学式1の化合物は、ジベンゾフランの構造の一方のベンゼン環の3番位置にN含有環が置換され、前記ジベンゾフランの構造のうちN含有環が置換されていない他のベンゼン環に特定の置換基が置換されることでより一層電子安定性の構造を有し、素子に適切なエネルギー準位および熱的安定性を付与する。前記化学式1の化合物を用いて寿命および駆動安定、効率が改善された有機発光素子を製造することができる。
本出願の一実施態様に係る有機発光素子の積層構造を概略的に示す図である。 本出願の一実施態様に係る有機発光素子の積層構造を概略的に示す図である。 本出願の一実施態様に係る有機発光素子の積層構造を概略的に示す図である。 本願の化合物2-19の熱的安定性を示すグラフである。 本願の化合物2-19の熱的安定性を示すグラフである。 本願の化合物2-20の熱的安定性を示すグラフである。 本願の化合物2-20の熱的安定性を示すグラフである。 本願の化合物2-22の熱的安定性を示すグラフである。 本願の化合物2-22の熱的安定性を示すグラフである。 本願の化合物2-8の熱的安定性を示すグラフである。 本願の化合物2-8の熱的安定性を示すグラフである。 本願の化合物2-18の熱的安定性を示すグラフである。 本願の化合物2-18の熱的安定性を示すグラフである。 本願の化合物2-79の熱的安定性を示すグラフである。 本願の化合物2-79の熱的安定性を示すグラフである。 本願の化合物2-123の熱的安定性を示すグラフである。 本願の化合物2-123の熱的安定性を示すグラフである。 化合物Aの熱的安定性を示すグラフである。 化合物Aの熱的安定性を示すグラフである。 化合物Cの熱的安定性を示すグラフである。 化合物Cの熱的安定性を示すグラフである。
以下、本出願について詳細に説明する。
前記「置換」という用語は、化合物の炭素原子に結合した水素原子が他の置換基に変わることを意味し、置換される位置は水素原子の置換される位置、すなわち置換基が置換可能な位置であれば限定せず、2以上置換される場合、2以上の置換基は、互いに同一でも異なっていてもよい。
本明細書において、「化学式または化合物の構造に置換基が表示されていない場合」は、炭素原子に水素原子が結合したことを意味する。ただし、重水素(H、Deuterium)は水素の同位元素であるので、一部の水素原子は、重水素であってもよい。
本出願の一実施態様において、「化学式または化合物の構造に置換基が表示されていない場合」は、置換基としてくることのできる位置がすべて水素または重水素であることを意味することができる。すなわち、重水素の場合、水素の同位元素であり、一部の水素原子は、同位元素である重水素であってもよいし、この時、重水素の含有量は、0%~100%であってもよい。
本出願の一実施態様において、「化学式または化合物の構造に置換基が表示されていない場合」において、重水素の含有量が0%、水素の含有量が100%など重水素を明示的に排除しない場合には、水素と重水素は化合物において混在して使用できる。すなわち、「置換基Xは、水素である」と表現する場合には、水素の含有量が100%、重水素の含有量が0%など重水素を排除しないもので、水素と重水素が混在している状態を意味することができる。
本出願の一実施態様において、重水素は、水素の同位元素(isotope)の一つであり、陽子(proton)1個と中性子(neutron)1個とからなる重陽子(deuteron)を原子核(nucleus)として有する元素であって、水素-2で表現されてもよいし、元素記号はDまたは2Hと書くこともできる。
本出願の一実施態様において、同位元素は、原子番号(atomic number、Z)は同じであるが、質量数(mass number、A)が異なる原子を意味する同位元素は、同じ数の陽子(proton)を有するが、中性子(neutron)の数が異なる元素としても解釈することができる。
本出願の一実施態様において、特定の置換基の含有量T%の意味は、基本になる化合物が有し得る置換基の総数をT1と定義し、そのうち特定の置換基の個数をT2と定義する場合、T2/T1×100=T%で定義することができる。
すなわち、一例において、
Figure 2022551361000005

で表されるフェニル基において重水素の含有量20%というのは、フェニル基が有し得る置換基の総数は5(式中のT1)個であり、そのうち重水素の個数が1(式中のT2)である場合、20%で表されてもよい。すなわち、フェニル基において重水素の含有量20%というのは、下記構造式で表されてもよい。
Figure 2022551361000006

また、本出願の一実施態様において、「重水素の含有量が0%であるフェニル基」の場合、重水素原子が含まれていない、すなわち水素原子5個を有するフェニル基を意味することができる。
本明細書において、「置換もしくは非置換」とは、C1~C60の直鎖もしくは分枝鎖のアルキル;C2~C60の直鎖もしくは分枝鎖のアルケニル;C2~C60の直鎖もしくは分枝鎖のアルキニル;C3~C60の単環もしくは多環のシクロアルキル;C2~C60の単環もしくは多環のヘテロシクロアルキル;C6~C60の単環もしくは多環のアリール;C2~C60の単環もしくは多環のヘテロアリール;-SiRR’R”;-P(=O)RR’;C1~C20のアルキルアミン;C6~C60の単環もしくは多環のアリールアミン;およびC2~C60の単環もしくは多環のヘテロアリールアミンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換であるか、前記例示された置換基の中から選択された2以上の置換基が連結された置換基で置換もしくは非置換であることを意味する。
本出願の一実施態様において、前記R、R’およびR”は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であってもよい。
本明細書において、前記ハロゲンは、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素であってもよい。
本明細書において、前記アルキル基は、炭素数1~60の直鎖もしくは分枝鎖を含み、他の置換基によって追加的に置換されていてもよい。前記アルキル基の炭素数は1~60、具体的には1~40、さらに具体的には1~20であってもよい。具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、n-プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、sec-ブチル基、1-メチル-ブチル基、1-エチル-ブチル基、ペンチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert-ペンチル基、ヘキシル基、n-ヘキシル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、4-メチル-2-ペンチル基、3,3-ジメチルブチル基、2-エチルブチル基、ヘプチル基、n-ヘプチル基、1-メチルヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロヘキシルメチル基、オクチル基、n-オクチル基、tert-オクチル基、1-メチルヘプチル基、2-エチルヘキシル基、2-プロピルペンチル基、n-ノニル基、2,2-ジメチルヘプチル基、1-エチル-プロピル基、1,1-ジメチル-プロピル基、イソヘキシル基、2-メチルペンチル基、4-メチルヘキシル基、5-メチルヘキシル基などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
本明細書において、前記アルケニル基は、炭素数2~60の直鎖もしくは分枝鎖を含み、他の置換基によって追加的に置換されていてもよい。前記アルケニル基の炭素数は2~60、具体的には2~40、さらに具体的には2~20であってもよい。具体例としては、ビニル基、1-プロペニル基、イソプロペニル基、1-ブテニル基、2-ブテニル基、3-ブテニル基、1-ペンテニル基、2-ペンテニル基、3-ペンテニル基、3-メチル-1-ブテニル基、1,3-ブタジエニル基、アリル基、1-フェニルビニル-1-イル基、2-フェニルビニル-1-イル基、2,2-ジフェニルビニル-1-イル基、2-フェニル-2-(ナフチル-1-イル)ビニル-1-イル基、2,2-ビス(ジフェニル-1-イル)ビニル-1-イル基、スチルベニル基、スチレニル基などがあるが、これらに限定されない。
本明細書において、前記アルキニル基は、炭素数2~60の直鎖もしくは分枝鎖を含み、他の置換基によって追加的に置換されていてもよい。前記アルキニル基の炭素数は2~60、具体的には2~40、さらに具体的には2~20であってもよい。
本明細書において、アルコキシ基は、直鎖、分枝鎖もしくは環鎖であってもよい。アルコキシ基の炭素数は特に限定されないが、炭素数1~20のものが好ましい。具体的には、メトキシ、エトキシ、n-プロポキシ、イソプロポキシ、n-ブトキシ、イソブトキシ、tert-ブトキシ、sec-ブトキシ、n-ペンチルオキシ、ネオペンチルオキシ、イソペンチルオキシ、n-ヘキシルオキシ、3,3-ジメチルブチルオキシ、2-エチルブチルオキシ、n-オクチルオキシ、n-ノニルオキシ、n-デシルオキシ、ベンジルオキシ、p-メチルベンジルオキシなどになってもよいが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、前記シクロアルキル基は、炭素数3~60の単環もしくは多環を含み、他の置換基によって追加的に置換されていてもよい。ここで、多環とは、シクロアルキル基が他の環基と直接連結または縮合された基を意味する。ここで、他の環基とは、シクロアルキル基であってもよいが、他の種類の環基、例えば、ヘテロシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基などであってもよい。前記シクロアルキル基の炭素数は3~60、具体的には3~40、さらに具体的には5~20であってもよい。具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、3-メチルシクロペンチル基、2,3-ジメチルシクロペンチル基、シクロヘキシル基、3-メチルシクロヘキシル基、4-メチルシクロヘキシル基、2,3-ジメチルシクロヘキシル基、3,4,5-トリメチルシクロヘキシル基、4-tert-ブチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などがあるが、これらに限定されない。
本明細書において、前記ヘテロシクロアルキル基は、ヘテロ原子としてO、S、Se、N、またはSiを含み、炭素数2~60の単環もしくは多環を含み、他の置換基によって追加的に置換されていてもよい。ここで、多環とは、ヘテロシクロアルキル基が他の環基と直接連結または縮合された基を意味する。ここで、他の環基とは、ヘテロシクロアルキル基であってもよいが、他の種類の環基、例えば、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基などであってもよい。前記ヘテロシクロアルキル基の炭素数は2~60、具体的には2~40、さらに具体的には3~20であってもよい。
本明細書において、前記アリール基は、炭素数6~60の単環もしくは多環を含み、他の置換基によって追加的に置換されていてもよい。ここで、多環とは、アリール基が他の環基と直接連結または縮合された基を意味する。ここで、他の環基とは、アリール基であってもよいが、他の種類の環基、例えば、シクロアルキル基、ヘテロシクロアルキル基、ヘテロアリール基などであってもよい。前記アリール基は、スピロ基を含む。前記アリール基の炭素数は6~60、具体的には6~40、さらに具体的には6~25であってもよい。前記アリール基の具体例としては、フェニル基、ビフェニル基、トリフェニル基、ナフチル基、アントリル基、クリセニル基、フェナントレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基、フェナレニル基、ピレニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、フルオレニル基、インデニル基、アセナフチレニル基、ベンゾフルオレニル基、スピロビフルオレニル基、2,3-ジヒドロ-1H-インデニル基、これらの縮合環基などが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
本明細書において、前記フルオレニル基は置換されていてもよいし、隣接した置換基が互いに結合して環を形成してもよい。
前記フルオレニル基が置換される場合、下記の構造を有することができるが、これに限定されない。
Figure 2022551361000007

本明細書において、前記ヘテロアリール基は、ヘテロ原子としてS、O、Se、N、またはSiを含み、炭素数2~60の単環もしくは多環を含み、他の置換基によって追加的に置換されていてもよい。ここで、前記多環とは、ヘテロアリール基が他の環基と直接連結または縮合された基を意味する。ここで、他の環基とは、ヘテロアリール基であってもよいが、他の種類の環基、例えば、シクロアルキル基、ヘテロシクロアルキル基、アリール基などであってもよい。前記ヘテロアリール基の炭素数は2~60、具体的には2~40、さらに具体的には3~25であってもよい。前記ヘテロアリール基の具体例としては、ピリジル基、ピロリル基、ピリミジル基、ピリダジニル基、フラニル基、チオフェン基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、オキサゾリル基、イソキサゾリル基、チアゾリル基、イソチアゾリル基、トリアゾリル基、フラザニル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ジチアゾリル基、テトラゾリル基、ピラニル基、チオピラニル基、ジアジニル基、オキサジニル基、チアジニル基、ジオキシニル基、トリアジニル基、テトラジニル基、キノリル基、イソキノリル基、キナゾリニル基、イソキナゾリニル基、キノゾリリル基、ナフチリジル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、イミダゾピリジニル基、ジアザナフタレニル基、トリアザインデン基、インドリル基、インドリジニル基、ベンゾチアゾリル基、ベンズオキサゾリル基、ベンズイミダゾリル基、ベンゾチオフェン基、ベンゾフラン基、ジベンゾチオフェン基、ジベンゾフラン基、カルバゾリル基、ベンゾカルバゾリル基、ジベンゾカルバゾリル基、フェナジニル基、ジベンゾシロール基、スピロビ(ジベンゾシロール)、ジヒドロフェナジニル基、フェノキサジニル基、フェナントリジル基、イミダゾピリジニル基、チエニル基、インドロ[2,3-a]カルバゾリル基、インドロ[2,3-b]カルバゾリル基、インドリニル基、10,11-ジヒドロ-ジベンゾ[b,f]アゼピン基、9,10-ジヒドロアクリジニル基、フェナントラジニル基、フェノチアチアジニル基、フタラジニル基、ナフチリジニル基、フェナントロリニル基、ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾリル基、5,10-ジヒドロジベンゾ[b,e][1,4]アザシリニル、ピラゾロ[1,5-c]キナゾリニル基、ピリド[1,2-b]インダゾリル基、ピリド[1,2-a]イミダゾ[1,2-e]インドリニル基、5,11-ジヒドロインデノ[1,2-b]カルバゾリル基などが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
本明細書において、前記アミン基は、モノアルキルアミン基;モノアリールアミン基;モノヘテロアリールアミン基;-NH;ジアルキルアミン基;ジアリールアミン基;ジヘテロアリールアミン基;アルキルアリールアミン基;アルキルヘテロアリールアミン基;およびアリールヘテロアリールアミン基からなる群より選択されてもよいし、炭素数は特に限定されないが、1~30のものが好ましい。前記アミン基の具体例としては、メチルアミン基、ジメチルアミン基、エチルアミン基、ジエチルアミン基、フェニルアミン基、ナフチルアミン基、ビフェニルアミン基、ジビフェニルアミン基、アントラセニルアミン基、9-メチル-アントラセニルアミン基、ジフェニルアミン基、フェニルナフチルアミン基、ジトリルアミン基、フェニルトリルアミン基、トリフェニルアミン基、ビフェニルナフチルアミン基、フェニルビフェニルアミン基、ビフェニルフルオレニルアミン基、フェニルトリフェニレニルアミン基、ビフェニルトリフェニレニルアミン基などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
本明細書において、アリーレン基は、アリール基に結合位置が2つあるもの、すなわち2価の基を意味する。これらは、それぞれ2価の基であることを除けば、前述したアリール基の説明が適用可能である。また、ヘテロアリーレン基は、ヘテロアリール基に結合位置が2つあるもの、すなわち2価の基を意味する。これらは、それぞれ2価の基であることを除けば、前述したヘテロアリール基の説明が適用可能である。
本明細書において、ホスフィンオキシド基は、-P(=O)R101R102で表され、R101およびR102は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン基;アルキル基;アルケニル基;アルコキシ基;シクロアルキル基;アリール基;およびヘテロ環基のうちの少なくとも1つからなる置換基であってもよい。具体的には、アリール基で置換されていてもよいし、前記アリール基は、前述した例示が適用可能である。例えば、ホスフィンオキシド基は、ジフェニルホスフィンオキシド基、ジナフチルホスフィンオキシドなどがあるが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、シリル基は、Siを含み、前記Si原子がラジカルとして直接連結される置換基であり、-SiR104R105R106で表され、R104~R106は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン基;アルキル基;アルケニル基;アルコキシ基;シクロアルキル基;アリール基;およびヘテロ環基のうちの少なくとも1つからなる置換基であってもよい。シリル基の具体例としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、t-ブチルジメチルシリル基、ビニルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、トリフェニルシリル基、ジフェニルシリル基、フェニルシリル基などがあるが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、「隣接した」基は、当該置換基が置換された原子と直接連結された原子に置換された置換基、当該置換基と立体構造的に最も近く位置した置換基、または当該置換基が置換された原子に置換された他の置換基を意味することができる。例えば、ベンゼン環におけるオルト(ortho)位に置換された2個の置換基、および脂肪族環における同一炭素に置換された2個の置換基は、互いに「隣接した」基と解釈される。
隣接した基が形成可能な脂肪族または芳香族炭化水素環またはヘテロ環は、1価の基でないことを除けば、前述したシクロアルキル基、シクロヘテロアルキル基、アリール基、およびヘテロアリール基として例示された構造が適用可能である。
本出願の一実施態様は、第1電極と、第2電極と、前記第1電極および第2電極の間に備えられた1層以上の有機物層とを含む有機発光素子であって、前記有機物層のうちの1層以上が前記化学式1で表されるヘテロ環化合物、および前記化学式2で表されるヘテロ環化合物を含む有機発光素子を提供する。
本出願の一実施態様において、前記化学式1は、下記化学式3~6のいずれか1つで表されてもよい。
Figure 2022551361000008

Figure 2022551361000009

Figure 2022551361000010

Figure 2022551361000011

前記化学式3~6において、N-Het、L、L1、R1~R7、X1およびa~eの定義は、前記化学式1における定義と同じである。
本出願の一実施態様において、前記化学式1は、下記化学式3-1~6-1のいずれか1つで表されてもよい。
Figure 2022551361000012

Figure 2022551361000013

Figure 2022551361000014

Figure 2022551361000015

前記化学式3-1~6-1において、N-Het、L、L1、R6、R7、a~cおよびeの定義は、前記化学式1における定義と同じであり、
Ar2は、置換もしくは非置換の単環もしくは多環のC6~C60のアリール基である。
本出願に係る化学式1の化合物のように、ジベンゾフランの3番位置を活用する時、物質全体の直線性(linearity)が増加して全体構造の安定性が増大する効果がある。これは、電子を求引する(electron withdrawing)傾向が強い置換基であるアジン類化合物によって発生する効果である。特に、トリアジンが置換された場合、構造中心のジベンゾフランは電子欠乏状態が維持され、これは、結合を切るためにより多くの電気的エネルギー(電子)を要求する。この時、物質の直線性(linearity)が高いほどより強く電子を引き寄せ、分子内の電子がトリアジン構造体を中心に集まるにつれて全体構造の電子欠乏効果がより増加する効果を得ることができる。そのため、素子の駆動時、電流の流れによってホスト物質が分解(decomposition)されるのを防止する効果がある。
本出願の一実施態様において、Ar1は、置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基であるか、前記化学式1-Aで表されてもよい。
他の実施態様において、Ar1は、置換もしくは非置換のC6~C40のアリール基であるか、前記化学式1-Aで表されてもよい。
さらに他の実施態様において、Ar1は、C6~C40のアリール基であるか、前記化学式1-Aで表されてもよい。
さらに他の実施態様において、Ar1は、C6~C20のアリール基であるか、前記化学式1-Aで表されてもよい。
さらに他の実施態様において、Ar1は、C10~C20のアリール基であるか、前記化学式1-Aで表されてもよい。
さらに他の実施態様において、Ar1は、C6のアリール基であるか、前記化学式1-Aで表されてもよい。
さらに他の実施態様において、Ar1は、フェニル基;ビフェニル基;ターフェニル基;またはトリフェニレニル基であるか、前記化学式1-Aで表されてもよい。
本出願の一実施態様において、Ar2は、置換もしくは非置換の単環もしくは多環のC6~C60のアリール基である。
他の実施態様において、Ar2は、置換もしくは非置換の単環もしくは多環のC6~C40のアリール基である。
さらに他の実施態様において、Ar2は、置換もしくは非置換の単環~4環のC6~C40のアリール基である。
さらに他の実施態様において、Ar2は、置換もしくは非置換の単環~5環のC6~C40のアリール基である。
さらに他の実施態様において、Ar2は、置換もしくは非置換の単環のC6~C20のアリール基である。
さらに他の実施態様において、Ar2は、置換もしくは非置換の2環のC6~C20のアリール基である。
さらに他の実施態様において、Ar2は、置換もしくは非置換の3環のC6~C30のアリール基である。
さらに他の実施態様において、Ar2は、置換もしくは非置換の4環のC6~C40のアリール基である。
さらに他の実施態様において、Ar2は、C6~C40のアリール基である。
さらに他の実施態様において、Ar2は、C6~C20のアリール基である。
さらに他の実施態様において、Ar2は、C10~C20のアリール基である。
さらに他の実施態様において、Ar2は、C6のアリール基である。
さらに他の実施態様において、Ar2は、フェニル基;ビフェニル基;ターフェニル基;またはトリフェニレニル基であってもよい。
本出願の一実施態様において、R5~R7は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン;シアノ基;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC2~C60のアルケニル基;置換もしくは非置換のC2~C60のアルキニル基;置換もしくは非置換のC1~C60のアルコキシ基;置換もしくは非置換のC3~C60のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロシクロアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基;-P(=O)RR’;-SiRR’R”および-NRR’からなる群より選択されてもよい。
他の実施態様において、R5~R7は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;ハロゲン;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基;-P(=O)RR’;-SiRR’R”および-NRR’からなる群より選択されてもよい。
さらに他の実施態様において、R5~R7は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;ハロゲン;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C40のアリール基;置換もしくは非置換のC2~C40のヘテロアリール基;-P(=O)RR’;-SiRR’R”および-NRR’からなる群より選択されてもよい。
さらに他の実施態様において、R5~R7は、水素であってもよい。
さらに他の実施態様において、R5は、水素であってもよい。
さらに他の実施態様において、R6は、水素であってもよい。
さらに他の実施態様において、R7は、水素であってもよい。
本出願の一実施態様において、Lは、直接結合;置換もしくは非置換のC6~C60のアリーレン基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリーレン基であってもよい。
他の実施態様において、Lは、直接結合;置換もしくは非置換のC6~C40のアリーレン基;または置換もしくは非置換のC2~C40のヘテロアリーレン基であってもよい。
さらに他の実施態様において、Lは、直接結合;置換もしくは非置換のC6~C40の単環もしくは多環のアリーレン基;または置換もしくは非置換のC2~C40のヘテロアリーレン基であってもよい。
さらに他の実施態様において、Lは、直接結合;置換もしくは非置換のC6~C40の単環のアリーレン基;または置換もしくは非置換のC10~C40の多環のアリーレン基であってもよい。
さらに他の実施態様において、Lは、直接結合;C6~C40の単環のアリーレン基;またはC10~C40の多環のアリーレン基であってもよい。
さらに他の実施態様において、Lは、直接結合;フェニレン基;ビフェニレン基;またはナフチレン基であってもよい。
さらに他の実施態様において、Lは、直接結合であってもよい。
本出願の一実施態様において、L1は、直接結合;置換もしくは非置換のC6~C60のアリーレン基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリーレン基であってもよい。
他の実施態様において、L1は、直接結合;置換もしくは非置換のC6~C40のアリーレン基;または置換もしくは非置換のC2~C40のヘテロアリーレン基であってもよい。
さらに他の実施態様において、L1は、直接結合;置換もしくは非置換のC6~C40の単環もしくは多環のアリーレン基;または置換もしくは非置換のC2~C40のヘテロアリーレン基であってもよい。
さらに他の実施態様において、L1は、直接結合;置換もしくは非置換のC6~C40の単環のアリーレン基;または置換もしくは非置換のC10~C40の多環のアリーレン基であってもよい。
さらに他の実施態様において、L1は、直接結合;C6~C40の単環のアリーレン基;またはC10~C40の多環のアリーレン基であってもよい。
さらに他の実施態様において、L1は、直接結合;フェニレン基;ビフェニレン基;またはナフチレン基であってもよい。
本出願の一実施態様において、R1~R4は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であるか、互いに隣接する2以上の基は、互いに結合して置換もしくは非置換のC6~C60の脂肪族または芳香族炭化水素環、または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロ環を形成してもよい。
他の実施態様において、R1~R4は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であるか、互いに隣接する2以上の基は、互いに結合して置換もしくは非置換のC6~C60の芳香族炭化水素環を形成してもよい。
さらに他の実施態様において、R1~R4は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;置換もしくは非置換のC1~C40のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C40のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C40のヘテロアリール基であるか、互いに隣接する2以上の基は、互いに結合して置換もしくは非置換のC6~C40の芳香族炭化水素環を形成してもよい。
さらに他の実施態様において、R1~R4は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;C1~C40のアルキル基;C6~C40のアリール基;またはC2~C40のヘテロアリール基であるか、互いに隣接する2以上の基は、互いに結合してC6~C40の芳香族炭化水素環を形成してもよい。
さらに他の実施態様において、R1~R4は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;C6~C40の単環のアリール基;またはC10~C40の多環のアリール基であるか、互いに隣接する2以上の基は、互いに結合してC6~C40の単環の芳香族炭化水素環を形成してもよい。
さらに他の実施態様において、R1~R4は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;フェニル基;ビフェニル基;またはトリフェニレニル基であるか、互いに隣接する2以上の基は、互いに結合してベンゼン環を形成してもよい。
本出願の一実施態様において、X1は、O;S;またはNR22であってもよい。
本出願の一実施態様において、X1は、Oであってもよい。
本出願の一実施態様において、X1は、Sであってもよい。
本出願の一実施態様において、X1は、NR22であってもよい。
本出願の一実施態様において、R22は、置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であってもよい。
他の実施態様において、R22は、C1~C60のアルキル基;C6~C60のアリール基;またはC2~C60のヘテロアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、R22は、C6~C60のアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、R22は、C6~C40の単環のアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、R22は、フェニル基であってもよい。
本出願の一実施態様において、前記化学式1-Aは、下記化学式1-1~1-6のいずれか1つで表されてもよい。
Figure 2022551361000016

Figure 2022551361000017

Figure 2022551361000018

Figure 2022551361000019

Figure 2022551361000020

Figure 2022551361000021

前記化学式1-1~1-6において、
X1、R5およびdの定義は、前記化学式1-Aにおける定義と同じであり、
Figure 2022551361000022

は、前記化学式1のL1と連結される位置を意味し、
R31~R34は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であり、
R35およびR36は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基である。
本出願の一実施態様において、R31~R34は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であってもよい。
他の実施態様において、R31~R34は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、R31~R34は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のC6~C40のアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、R31~R34は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のC6~C40の単環もしくは多環のアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、R31~R34は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、C6~C40の単環のアリール基;またはC10~C40の多環のアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、R31~R34は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、フェニル基;またはトリフェニレニル基であってもよい。
本出願の一実施態様において、R35およびR36は、水素であってもよい。
本出願の一実施態様において、N-Hetは、置換もしくは非置換であり、Nを1個以上含む単環もしくは多環のC2~C60のヘテロ環基であってもよい。
他の実施態様において、N-Hetは、置換もしくは非置換であり、Nを1個以上3個以下で含む単環もしくは多環のC2~C60のヘテロ環基であってもよい。
さらに他の実施態様において、N-Hetは、置換もしくは非置換であり、Nを1個以上3個以下で含む単環もしくは多環のC2~C60のヘテロ環基であってもよい。
さらに他の実施態様において、N-Hetは、置換もしくは非置換であり、Nを1個以上3個以下で含む単環もしくは多環のC2~C40のヘテロ環基であってもよい。
さらに他の実施態様において、N-Hetは、置換もしくは非置換であり、Nを1個以上3個以下で含む単環のC2~C40のヘテロ環基であってもよい。
さらに他の実施態様において、N-Hetは、C1~C20のアルキル基、C6~C40のアリール基、C2~C40のヘテロアリール基、-P(=)ORR’および-SiRR’R”からなる群より選択される1以上の置換基、または前記置換基が2以上連結された置換基で置換もしくは非置換であり、Nを1個以上3個以下で含む単環のC2~C40のヘテロ環基であってもよい。
さらに他の実施態様において、N-Hetは、C1~C20のアルキル基、C6~C40のアリール基、C2~C40のヘテロアリール基、-P(=)ORR’および-SiRR’R”からなる群より選択される1以上の置換基、または前記置換基が2以上連結された置換基で置換もしくは非置換の、ピリジン基;ピリミジン基;またはトリアジン基であってもよい。
さらに他の実施態様において、N-Hetは、フェニル基で置換もしくは非置換のピリジン基;フェニル基で置換もしくは非置換のピリミジン基;またはトリフェニレニル基、ジフェニルフルオレン基、-P(=)ORR’または-SiRR’R”で置換もしくは非置換のフェニル基、ビフェニル基、ジベンゾフラン基、ジメチルフルオレン基、およびジベンゾチオフェン基からなる群より選択される1以上の置換基で置換もしくは非置換のトリアジン基であってもよい。
本出願の一実施態様において、N-Hetは、下記構造式から選択されてもよい。
Figure 2022551361000023

前記構造式において、
Figure 2022551361000024

は、前記化学式1のLと連結される位置を意味し、
R41~R45は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基である。
他の実施態様において、R41~R45は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、R41~R45は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;置換もしくは非置換のC1~C40のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C40のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C40のヘテロアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、R41~R45は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;C1~C20のアルキル基、C6~C40のアリール基、C2~C40のヘテロアリール基、-P(=)ORR’および-SiRR’R”からなる群より選択される1以上の置換基で置換もしくは非置換のC6~C40のアリール基;またはC2~C40のヘテロアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、R41~R45は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;フェニル基、トリフェニレニル基、ジフェニルフルオレニル基、-P(=)ORR’および-SiRR’R”からなる群より選択される1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェニル基;ビフェニル基;ジベンゾフラン基;ジベンゾチオフェン基;またはジメチルフルオレニル基であってもよい。
本出願の一実施態様において、R、R’およびR”は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であってもよい。
他の実施態様において、R、R’およびR”は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、R、R’およびR”は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のC6~C60の単環もしくは多環のアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、R、R’およびR”は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のC6~C40の単環のアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、R、R’およびR”は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、C6~C20の単環のアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、R、R’およびR”は、フェニル基であってもよい。
本出願の一実施態様において、前記化学式2は、下記化学式2-1~2-6のいずれか1つで表されてもよい。
Figure 2022551361000025

Figure 2022551361000026

Figure 2022551361000027

Figure 2022551361000028

Figure 2022551361000029

Figure 2022551361000030

前記化学式2-1~2-6において、
R11~R19、A1、A2およびdの定義は、前記化学式2における定義と同じである。
本出願の一実施態様において、A1およびA2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、O;S;NRa;またはCRbRcである。
本出願の一実施態様において、A1は、O;S;NRa;またはCRbRcである。
本出願の一実施態様において、A2は、O;S;NRa;またはCRbRcである。
本出願の一実施態様において、A1は、Sである。
本出願の一実施態様において、A2は、Sである。
本出願の一実施態様において、A1は、Oである。
本出願の一実施態様において、A2は、Oである。
本出願の一実施態様において、A1は、NRaである。
本出願の一実施態様において、A2は、NRaである。
本出願の一実施態様において、A1は、CRbRcである。
本出願の一実施態様において、A2は、CRbRcである。
本出願の一実施態様において、Raは、置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であってもよい。
本出願の一実施態様において、Raは、置換もしくは非置換のC6~C40のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C40のヘテロアリール基であってもよい。
他の実施態様において、Raは、C1~C10のアルキル基、C6~C20のアリール基、およびSiRR’R”からなる群より選択される1以上の置換基で置換もしくは非置換のC6~C40のアリール基;またはC6~C10のアリール基で置換もしくは非置換のC2~C40のヘテロアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、Raは、C1~C10のアルキル基、C6~C20のアリール基、およびSiRR’R”からなる群より選択される1以上の置換基で置換もしくは非置換のC6~C20のアリール基;またはC6~C10のアリール基で置換もしくは非置換のC2~C20のヘテロアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、Raは、フェニル基、ビフェニル基、およびトリフェニルシリル基からなる群より選択される1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェニル基;ビフェニル基;ナフチル基;ターフェニル基;トリフェニレニル基;ジメチルフルオレニル基;ジフェニルフルオレニル基;ジベンゾフラン基;ジベンゾチオフェン基;またはフェニル基で置換もしくは非置換のカルバゾール基であってもよい。
本出願の一実施態様において、RbおよびRcは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基であってもよい。
他の実施態様において、RbおよびRcは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のC1~C40のアルキル基であってもよい。
さらに他の実施態様において、RbおよびRcは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のC1~C20のアルキル基であってもよい。
さらに他の実施態様において、RbおよびRcは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、C1~C20のアルキル基であってもよい。
さらに他の実施態様において、RbおよびRcは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、C1~C20の直鎖のアルキル基であってもよい。
さらに他の実施態様において、RbおよびRcは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、C1~C10の直鎖のアルキル基であってもよい。
さらに他の実施態様において、RbおよびRcは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、C1~C5の直鎖のアルキル基であってもよい。
さらに他の実施態様において、RbおよびRcは、メチル基であってもよい。
本出願の一実施態様において、R11およびR14~R19は、水素であってもよい。
本出願の一実施態様において、前記化学式2は、下記化学式2-7~2-9のいずれか1つで表されてもよい。
Figure 2022551361000031

Figure 2022551361000032

Figure 2022551361000033

前記化学式2-7~2-9において、
A1、A2、R11、およびR14の定義は、前記化学式2における定義と同じであり、
A3は、O;S;またはNRgであり、
R50およびR51は、水素;または置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基であり、少なくとも1つは、置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基であり、
Rg、R52およびR53は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であり、
rは、0~3の整数であり、
qは、0~4の整数である。
本出願の一実施態様において、R50およびR51は、水素;または置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基であってもよい。
他の実施態様において、R50およびR51は、水素;または置換もしくは非置換のC6~C40のアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、R50およびR51は、水素;またはC6~C40のアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、R50およびR51は、水素;フェニル基;またはトリフェニレニル基であってもよい。
本出願の一実施態様において、前記R50およびR51の少なくとも1つは、置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基であってもよい。
本出願の一実施態様において、R52およびR53は、水素であってもよい。
本出願の一実施態様において、Rgは、置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基であってもよい。
他の実施態様において、Rgは、置換もしくは非置換のC6~C40のアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、Rgは、C6~C40のアリール基であってもよい。
さらに他の実施態様において、Rgは、フェニル基;またはビフェニル基であってもよい。
前記化学式2-7のように縮合された形態の基本環を有する場合、前記化学式1のヘテロ環化合物と共に有機発光素子に適用される時、特にホスト物質として非常に速い正孔輸送特性を有するため、素子の閾値電圧および駆動電圧を低くし、これによって素子が低電圧でも駆動可能な特徴を有する。
前記化学式2-8のように縮合された形態の環構造に置換基(R50)を有する場合、前記化学式2-7に比べてより大きい構造を有し、その特徴によって基本骨格から拡張された置換基(R50)でconjugation領域がより広くなり、HOMO準位の領域がより拡張される形態を有する。したがって、広いHOMO準位領域に正孔が分布してより安定した正孔輸送能力の維持が可能である。すなわち、前記化学式2-8のような場合、駆動電圧が一定部分上昇するが、全体的な寿命特性により優れた特徴を有する。
前記化学式2-9の場合、縮合された形態の環構造にヘテロアリール基が置換される場合で、前記化学式2-8のように広いコンジュゲーション領域を通して安定したHOMO準位を維持する特性とともに、様々なヘテロアリール基の置換によりバンドギャップ調節の補助手段として活用できる。特に、ジベンゾフラン/ジベンゾチオフェン基などは構造的に最も大きい構造を有することにより、基本骨格に比べて駆動電圧がやや上昇するが、より高いT1準位を維持できる特徴とともに、構造的に安定性が最も高くて、素子の寿命特性に特に優れた特徴を有する。
前記化学式1の化合物および前記化学式2の化合物を同時に有機発光素子の有機物層に含む場合、より優れた効率および寿命効果を示す。この結果は、2つの化合物を同時に含む場合、エキサイプレックス(exciplex)現象が起こることを予想することができる。
前記エキサイプレックス(exciplex)現象は、2つの分子間の電子交換によりdonor(p-host)のHOMO level、acceptor(n-host)のLUMO levelの大きさのエネルギーを放出する現象である。2つの分子間のエキサイプレックス(exciplex)現象が起こると、Reverse Intersystem Crossing(RISC)が起こり、これによって蛍光の内部量子効率が100%まで上昇できる。正孔輸送能力の良いdonor(p-host)と電子輸送能力の良いacceptor(n-host)が発光層のホストとして使用される場合、正孔はp-hostに注入され、電子はn-hostに注入されるため、駆動電圧を低下させることができ、それによって寿命向上に役立てることができる。
本出願の一実施態様によれば、前記化学式1は、下記の化合物のいずれか1つで表されてもよいが、これのみに限定されるものではない。
Figure 2022551361000034

Figure 2022551361000035

Figure 2022551361000036

Figure 2022551361000037

Figure 2022551361000038

Figure 2022551361000039

Figure 2022551361000040

Figure 2022551361000041

Figure 2022551361000042

Figure 2022551361000043

Figure 2022551361000044

Figure 2022551361000045

Figure 2022551361000046

Figure 2022551361000047

Figure 2022551361000048

Figure 2022551361000049

Figure 2022551361000050

Figure 2022551361000051

Figure 2022551361000052

Figure 2022551361000053

本出願の一実施態様において、前記化学式2は、下記の化合物のいずれか1つで表されてもよいが、これのみに限定されるものではない。
Figure 2022551361000054

Figure 2022551361000055

Figure 2022551361000056

Figure 2022551361000057

Figure 2022551361000058

Figure 2022551361000059

Figure 2022551361000060

Figure 2022551361000061

Figure 2022551361000062

また、前記化学式1および2の構造に多様な置換基を導入することにより、導入された置換基の固有の特性を有する化合物を合成することができる。例えば、有機発光素子の製造時に使用される正孔注入層物質、正孔輸送用物質、発光層物質、電子輸送層物質、および電荷生成層物質に主に使用される置換基を前記コア構造に導入することにより、各有機物層で要求する条件を満たす物質を合成することができる。
さらに、前記化学式1および2の構造に多様な置換基を導入することにより、エネルギーバンドギャップを微細調節可能にし、一方で、有機物間における界面での特性を向上させ、物質の用途を多様化することができる。
一方、前記化学式2で表されるヘテロ環化合物は、ガラス転移温度(Tg)が高くて熱的安定性に優れている。このような熱的安定性の増加は、素子に駆動安定性を提供する重要な要因になる。
本出願の一実施態様に係るヘテロ環化合物は、多段階の化学反応で製造することができる。一部の中間体化合物が先に製造され、その中間体化合物から化学式1または2の化合物が製造される。より具体的には、本出願の一実施態様に係るヘテロ環化合物は、後述する製造例に基づいて製造できる。
また、本出願の他の実施態様は、前記化学式1で表されるヘテロ環化合物、および前記化学式2で表されるヘテロ環化合物を含む有機発光素子の有機物層用組成物を提供する。
前記化学式1で表されるヘテロ環化合物、および前記化学式2で表されるヘテロ環化合物に関する具体的な内容は、前述したものと同じである。
前記組成物中の、前記化学式1で表されるヘテロ環化合物:前記化学式2で表されるヘテロ環化合物の重量比は、1:10~10:1であってもよく、1:8~8:1であってもよく、1:5~5:1であってもよいし、1:2~2:1であってもよいが、これのみに限定されるものではない。
前記組成物は、有機発光素子の有機物の形成時に用いることができ、特に発光層のホストの形成時により好ましく用いることができる。
前記組成物は、2以上の化合物が単純混合されている形態であり、有機発光素子の有機物層の形成前にパウダー状態の材料を混合してもよく、適正温度以上で液相状態になっている化合物を混合してもよい。前記組成物は、各材料の融点以下では固体状態であり、温度を調整すれば、液状に維持することができる。
前記組成物はさらに、溶媒、添加剤など当技術分野にて公知の材料が追加的に含まれてもよい。
本出願の一実施態様に係る有機発光素子は、前述した化学式1で表されるヘテロ環化合物、および化学式2で表されるヘテロ環化合物を用いて1層以上の有機物層を形成することを除けば、通常の有機発光素子の製造方法および材料によって製造できる。
前記化学式1で表される化合物および前記化学式2で表されるヘテロ環化合物は、有機発光素子の製造時、真空蒸着法のみならず、溶液塗布法によって有機物層に形成される。ここで、溶液塗布法とは、スピンコーティング、ディップコーティング、インクジェットプリンティング、スクリーンプリンティング、スプレー法、ロールコーティングなどを意味するが、これらのみに限定されるものではない。
本発明の有機発光素子の有機物層は、単層構造からなってもよいが、2層以上の有機物層が積層された多層構造からなってもよい。例えば、本発明の有機発光素子は、有機物層として、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などを含む構造を有することができる。しかし、有機発光素子の構造はこれに限定されず、より少数の有機物層を含むことができる。
具体的には、本出願の一実施態様に係る有機発光素子は、第1電極と、第2電極と、第1電極と第2電極との間に備えられた1層以上の有機物層とを含み、前記有機物層のうちの1層以上は、前記化学式1で表されるヘテロ環化合物、および前記化学式2で表されるヘテロ環化合物を含む。
本出願の一実施態様において、前記第1電極は、陽極であってもよく、前記第2電極は、陰極であってもよい。
他の実施態様において、前記第1電極は、陰極であってもよく、前記第2電極は、陽極であってもよい。
本出願の一実施態様において、前記有機発光素子は、青色有機発光素子であってもよいし、前記化学式1によるヘテロ環化合物および前記化学式2によるヘテロ環化合物は、青色有機発光素子の材料として使用できる。
本出願の一実施態様において、前記有機発光素子は、緑色有機発光素子であってもよいし、前記化学式1で表される化合物および前記化学式2で表されるヘテロ環化合物は、緑色有機発光素子の材料として使用できる。
本出願の一実施態様において、前記有機発光素子は、赤色有機発光素子であってもよいし、前記化学式1で表される化合物および前記化学式2で表されるヘテロ環化合物は、赤色有機発光素子の材料として使用できる。
本発明の有機発光素子は、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、電子ブロック層、および正孔ブロック層からなる群より選択される1層または2層以上をさらに含むことができる。
本出願の一実施態様において、前記有機物層は、正孔阻止層、電子注入層、および電子輸送層のうちの少なくとも1層を含み、前記正孔阻止層、電子注入層、および電子輸送層のうちの少なくとも1層が、前記化学式1で表されるヘテロ環化合物、および前記化学式2で表されるヘテロ環化合物を同時に含む有機発光素子を提供する。
本出願の一実施態様において、前記有機物層は、発光層を含み、前記発光層は、前記化学式1で表されるヘテロ環化合物、および前記化学式2で表されるヘテロ環化合物を含む有機発光素子を提供する。
本出願の一実施態様において、前記有機物層は、発光層を含み、前記発光層は、ホスト物質を含み、前記ホスト物質は、前記化学式1で表されるヘテロ環化合物、および前記化学式2で表されるヘテロ環化合物を含む有機発光素子を提供する。
図1~3に本出願の一実施態様に係る有機発光素子の電極と有機物層の積層順序を例示した。しかし、これらの図によって本出願の範囲が限定されることを意図したわけではなく、当技術分野にて知られている有機発光素子の構造が本出願にも適用可能である。
図1によれば、基板100上に、陽極200、有機物層300、および陰極400が順次に積層された有機発光素子が示される。しかし、このような構造のみに限定されるものではなく、図2のように、基板上に、陰極、有機物層、および陽極が順次に積層された有機発光素子が実現されてもよい。
図3は、有機物層が多層の場合を例示したものである。図3による有機発光素子は、正孔注入層301、正孔輸送層302、発光層303、正孔阻止層304、電子輸送層305、および電子注入層306を含む。しかし、このような積層構造によって本出願の範囲が限定されるものではなく、必要に応じて発光層を除いた残りの層は省略されてもよく、必要な他の機能層がさらに追加されてもよい。
本出願の一実施態様において、基板を用意するステップと、前記基板上に第1電極を形成するステップと、前記第1電極上に1層以上の有機物層を形成するステップと、前記有機物層上に第2電極を形成するステップとを含み、前記有機物層を形成するステップは、本出願の一実施態様に係る有機物層用組成物を用いて1層以上の有機物層を形成するステップを含む有機発光素子の製造方法を提供する。
本出願の一実施態様において、前記有機物層を形成するステップは、前記化学式1のヘテロ環化合物および前記化学式2のヘテロ環化合物を予備混合(pre-mixed)して、熱真空蒸着方法を用いて形成する有機発光素子の製造方法を提供する。
前記予備混合(pre-mixed)は、前記化学式1のヘテロ環化合物および前記化学式2のヘテロ環化合物を有機物層に蒸着する前に、先に材料を混合して1つの供源に入れて混合することを意味する。予備混合時には、2、3種の蒸着源を用いるのではない、1つの蒸着源を使用するため、工程をより単純化するというメリットが存在する。
予備混合された材料は、本出願の一実施態様に係る有機物層用組成物として言及されてもよい。
前記のような予備混合時、各物質の固有の熱的特性を確認して混合しなければならない。この時、予備混合したホスト(Host)物質を1つの蒸着源から蒸着する時、物質の固有の熱的特性によって蒸着速度を含む蒸着条件に大きな影響を与えることができる。予備混合された2種以上の物質間の熱的特性が類似しておらず大きく異なっている場合には、蒸着工程における反復性、再現性を維持することができず、これは、1回の蒸着工程ですべて均一なOLED素子を作製できないことを意味する。
これを克服するために、各物質の基本構造と置換基の適切な組み合わせを活用して物質の電気的特性を調節すると同時に、熱的特性も分子構造の形態によって調節することができる。そのため、前記化学式2のように縮合されたカルバゾールのC-N bondingだけでなく、基本骨格のほかに前記化学式2に様々な置換基を活用して素子の性能向上を図ることはもちろん、各物質の熱的特性を調節してホスト-ホスト間の様々な予備混合蒸着工程の多様性を確保することができる。これにより、ホストとして2つの化合物だけでなく、3~4つ以上のホスト(Host)物質を活用した予備混合蒸着工程の多様性も共に確保できるというメリットがある。
本出願の一実施態様に係る有機発光素子において、前記化学式1のヘテロ環化合物、および前記化学式2のヘテロ環化合物以外の材料を下記に例示するが、これらは例示のためのものに過ぎず、本出願の範囲を限定するためのものではなく、当技術分野にて公知の材料に代替可能である。
陽極材料としては、比較的仕事関数の大きい材料を用いることができ、透明導電性酸化物、金属または導電性高分子などを使用することができる。前記陽極材料の具体例としては、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、金のような金属、またはこれらの合金;亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)のような金属酸化物;ZnO:AlまたはSnO:Sbのような金属と酸化物との組み合わせ;ポリ(3-メチルチオフェン)、ポリ[3,4-(エチレン-1,2-ジオキシ)チオフェン](PEDOT)、ポリピロールおよびポリアニリンのような導電性高分子などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
陰極材料としては、比較的仕事関数の低い材料を用いることができ、金属、金属酸化物または導電性高分子などを使用することができる。前記陰極材料の具体例としては、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタン、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズおよび鉛のような金属、またはこれらの合金;LiF/AlまたはLiO/Alのような多層構造の物質などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
正孔注入材料としては、公知の正孔注入材料を用いることもできるが、例えば、米国特許第4,356,429号に開示された銅フタロシアニンなどのフタロシアニン化合物、または文献[Advanced Material,6,p.677(1994)]に記載されているスターバースト型アミン誘導体類、例えば、トリス(4-カルバゾイル-9-イルフェニル)アミン(TCTA)、4,4’,4”-トリ[フェニル(m-トリル)アミノ]トリフェニルアミン(m-MTDATA)、1,3,5-トリス[4-(3-メチルフェニルフェニルアミノ)フェニル]ベンゼン(m-MTDAPB)、溶解性のある導電性高分子であるポリアニリン/ドデシルベンゼンスルホン酸(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid)またはポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4-スチレンスルホネート)(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate))、ポリアニリン/カンファースルホン酸(Polyaniline/Camphor sulfonic acid)またはポリアニリン/ポリ(4-スチレンスルホネート)(Polyaniline/Poly(4-styrene-sulfonate))などを使用することができる。
正孔輸送材料としては、ピラゾリン誘導体、アリールアミン系誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体などが使用可能であり、低分子または高分子材料が使用されてもよい。
電子輸送材料としては、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタンおよびその誘導体、ベンゾキノンおよびその誘導体、ナフトキノンおよびその誘導体、アントラキノンおよびその誘導体、テトラシアノアントラキノジメタンおよびその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレンおよびその誘導体、ジフェノキノン誘導体、8-ヒドロキシキノリンおよびその誘導体の金属錯体などが使用可能であり、低分子物質だけでなく、高分子物質が使用されてもよい。
電子注入材料としては、例えば、LiFが当業界にて代表的に使用されるが、本出願がこれに限定されるものではない。
発光材料としては、赤色、緑色、または青色発光材料が使用可能であり、必要な場合、2以上の発光材料を混合して使用可能である。この時、2以上の発光材料を個別的な供給源として蒸着して使用するか、pre-mixedして予備混合後、1つの供給源として蒸着して使用することができる。また、発光材料として蛍光材料を使用してもよいが、燐光材料として使用してもよい。発光材料としては、単独として陽極と陰極からそれぞれ注入された正孔と電子を結合して発光させる材料が使用されてもよいが、ホスト材料とドーパント材料が共に発光に関与する材料が使用されてもよい。
発光材料のホストを混合して使用する場合には、同一系のホストを混合して使用してもよく、異なる系のホストを混合して使用してもよい。例えば、nタイプのホスト材料またはpタイプのホスト材料のいずれか2種類以上の材料を選択して発光層のホスト材料として使用することができる。
本出願の一実施態様に係る有機発光素子は、使用される材料によって、前面発光型、後面発光型、または両面発光型であってもよい。
本出願の一実施態様に係るヘテロ環化合物は、有機太陽電池、有機感光体、有機トランジスタなどを含めた有機電子素子においても、有機発光素子に適用されるのと類似の原理で作用できる。
以下、実施例を通じて本明細書をより詳細に説明するが、これらは本出願を例示するためのものに過ぎず、本出願の範囲を限定するためのものではない。
<製造例>
<製造例1>化合物1-1の製造
Figure 2022551361000063
1)化合物1-1-6の製造
4-ブロモ-2-フルオロ-1-ヨードベンゼン(4-bromo-2-fluoro-1-iodobenzene)200.0g(664.7mM)、(2-クロロ-6-メトキシフェニル)ボロン酸((2-chloro-6-methoxyphenyl)boronic acid)148.7g(794.6mM)、Pd(PPh) 38.4g(33.2mM)、KCO 183.7g(1329.4mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)/HO1L/200mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とジクロロメタン(DCM)を入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:3)で精製して、目的化合物1-1-6 178g(85%)を得た。
2)化合物1-1-5の製造
化合物1-1-6 178g(564.1mM)、BBr 107mL(1128.2mM)をDCM800mLに溶かした後、1時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:1)で精製して、目的化合物1-1-5 153.1g(90%)を得た。
3)化合物1-1-4の製造
化合物1-1-5 153g(507.4mM)、KCO 140.3g(1014.8mM)をジメチルホルムアミド(DMF)800mLに溶かした後、4時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:9)で精製し、メタノールで再結晶して、目的化合物1-1-4 88.5g(62%)を得た。
4)化合物1-1-3の製造
化合物1-1-4 88.5g(314.4mM)、ビス(ピナコラト)ジボロン(bis(pinacolato)diboron)159.7g(628.8mM)、PdCl(dppf)23.0g(31.4mM)、KOAc92.6g(943.2mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)500mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:5)で精製して、目的化合物1-1-3 85.7g(83%)を得た。
5)化合物1-1-2の製造
化合物1-1-3 85.0g(258.7mM)、2-クロロ-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine)69.3g(258.7mM)、Pd(PPh) 14.9g(12.9mM)、KCO 71.5g(517.4mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)/HO1000/200mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:4)で精製し、メタノールで再結晶して、目的化合物1-1-2 79.7g(71%)を得た。
6)化合物1-1-1の製造
化合物1-1-2 79.0g(182.1mM)、ビス(ピナコラト)ジボロン(bis(pinacolato)diboron)92.5g(364.2mM)、Pd(dba) 10.5g(18.2mM)、XPhos17.4g(36.4mM)、KOAc53.6g(546.3mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)800mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:5)で精製して、目的化合物1-1-1 84.2g(88%)を得た。
7)化合物1-1の製造
化合物1-1-1 15.0g(28.5mM)、2-ブロモジベンゾ[b,d]フラン(2-bromodibenzo[b,d]furan)7.8g(31.4mM)、Pd(PPh) 1.6g(1.4mM)、KCO 7.9g(57.0mM)を1,4-dioxane/HO200/40mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:3)で精製し、メタノールで再結晶して、目的化合物1-1、13.2g(82%)を得た。
前記製造例1において、2-クロロ-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine)の代わりに下記表1の中間体Aを用い、2-ブロモジベンゾ[b,d]フラン(2-bromodibenzo[b,d]furan)の代わりに下記表1の中間体Bを用いたことを除き、前記製造例1の製造と同様の方法で製造して、目的化合物Aを合成した。
Figure 2022551361000064

Figure 2022551361000065
<製造例2>化合物2-1の製造
Figure 2022551361000066
1)化合物2-1-6の製造
4-ブロモ-2-フルオロ-1-ヨードベンゼン(4-bromo-2-fluoro-1-iodobenzene)200.0g(664.7mM)、(5-クロロ-2-メトキシフェニル)ボロン酸((5-chloro-2-methoxyphenyl)boronic acid)148.7g(794.6mM)、Pd(PPh) 38.4g(33.2mM)、KCO 183.7g(1329.4mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)/HO1L/200mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:4)で精製して、目的化合物2-1-6 174g(83%)を得た。
2)化合物2-1-5の製造
化合物2-1-6 174g(551.4mM)、BBr 105mL(1102.8mM)をDCM800mLに溶かした後、1時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:1)で精製して、目的化合物2-1-5 148.0g(89%)を得た。
3)化合物2-1-4の製造
化合物2-1-5 148g(491.3mM)、KCO 135.8g(982.8mM)をDMF800mLに溶かした後、4時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:8)で精製し、メタノールで再結晶して、目的化合物2-1-4 78.8g(57%)を得た。
4)化合物2-1-3の製造
化合物2-1-4 78.0g(277.1mM)、ビス(ピナコラト)ジボロン(bis(pinacolato)diboron)140.7g(554.2mM)、PdCl(dppf)20.3g(27.7mM)、KOAc81.6g(831.3mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)500mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:5)で精製して、目的化合物2-1-3 77.4g(85%)を得た。
5)化合物2-1-2の製造
化合物2-1-3 77.0g(234.3mM)、2-クロロ-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine)67.7g(234.3mM)、Pd(PPh) 13.5g(11.7mM)、KCO 64.8g(468.6mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)/HO1000/200mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:5)で精製し、メタノールで再結晶して、目的化合物2-1-2 74.2g(73%)を得た。
6)化合物2-1-1の製造
化合物2-1-2 74.0g(170.6mM)、ビス(ピナコラト)ジボロン(bis(pinacolato)diboron)86.6g(341.2mM)、Pd(dba) 9.8g(17.1mM)、XPhos16.3g(34.1mM)、KOAc50.2g(511.8mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)800mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とジクロロメタン(DCM)を入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:4)で精製して、目的化合物2-1-1 78.0g(87%)を得た。
7)化合物2-1の製造
化合物2-1-1 15.0g(28.5mM)、2-ブロモジベンゾ[b,d]フラン(2-bromodibenzo[b,d]furan)7.8g(31.4mM)、Pd(PPh) 1.6g(1.4mM)、KCO 7.9g(57.0mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)/HO200/40mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とジクロロメタン(DCM)を入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:3)で精製し、メタノールで再結晶して、目的化合物2-1 13.7g(85%)を得た。
前記製造例2において、2-クロロ-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine)の代わりに下記表2の中間体Aを用い、2-ブロモジベンゾ[b,d]フラン(2-bromodibenzo[b,d]furan)の代わりに下記表2の中間体Bを用いたことを除き、前記製造例2の製造と同様の方法で製造して、目的化合物Aを合成した。
Figure 2022551361000067

Figure 2022551361000068
<製造例3>化合物3-1の製造
Figure 2022551361000069
1)化合物3-1-6の製造
4-ブロモ-2-フルオロ-1-ヨードベンゼン(4-bromo-2-fluoro-1-iodobenzene)200.0g(664.7mM)、(4-クロロ-2-メトキシフェニル)ボロン酸((4-chloro-2-methoxyphenyl)boronic acid)148.7g(794.6mM)、Pd(PPh) 38.4g(33.2mM)、KCO 183.7g(1329.4mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)/HO1L/200mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とジクロロメタン(DCM)を入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:3)で精製して、目的化合物3-1-6 170g(81%)を得た。
2)化合物3-1-5の製造
化合物3-1-6 170g(538.7mM)、BBr 102mL(1078mM)をDCM800mLに溶かした後、1時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:1)で精製して、目的化合物3-1-5 148g(91%)を得た。
3)化合物3-1-4の製造
化合物3-1-5 148g(490.8mM)、KCO 135.6g(981.6mM)をDMF800mLに溶かした後、4時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:9)で精製し、メタノールで再結晶して、目的化合物3-1-4 84.1g(61%)を得た。
4)化合物3-1-3の製造
化合物3-1-4 84.1g(298.8mM)、ビス(ピナコラト)ジボロン(bis(pinacolato)diboron)151.6g(597.5mM)、PdCl(dppf)21.9g(29.9mM)、KOAc88.0g(896.4mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)500mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:5)で精製して、目的化合物3-1-3 82.6g(84%)を得た。
5)化合物3-1-2の製造
化合物3-1-3 82.6g(251.4mM)、2-クロロ-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine)67.3g(251.4mM)、Pd(PPh) 14.6g(12.6mM)、KCO 69.49g(502.8mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)/HO1000/200mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:4)で精製し、メタノールで再結晶して、目的化合物3-1-2 79.7g(71%)を得た。
6)化合物3-1-1の製造
化合物3-1-2 76.3g(175.9mM)、ビス(ピナコラト)ジボロン(bis(pinacolato)diboron)92.5g(351.7mM)、Pd(dba) 10.1g(17.6mM)、XPhos16.8g(35.2mM)、KOAc51.8g(527.6mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)800mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:5)で精製して、目的化合物3-1-1 79.5g(83%)を得た。
7)化合物3-1の製造
化合物3-1-1 15.0g(28.5mM)、2-ブロモジベンゾ[b,d]フラン(2-bromodibenzo[b,d]furan)7.8g(31.4mM)、Pd(PPh) 1.6g(1.4mM)、KCO 7.9g(57.0mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)/HO200/40mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:3)で精製し、メタノールで再結晶して、目的化合物3-1 13.6g(85%)を得た。
前記製造例3において、2-クロロ-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine)の代わりに下記表3の中間体Aを用い、2-ブロモジベンゾ[b,d]フラン(2-bromodibenzo[b,d]furan)の代わりに下記表3の中間体Bを用いたことを除き、前記製造例3の製造と同様の方法で製造して、目的化合物Aを合成した。
Figure 2022551361000070

Figure 2022551361000071
<製造例4>化合物4-1の製造
Figure 2022551361000072
1)化合物4-1-6の製造
4-ブロモ-2-フルオロ-1-ヨードベンゼン(4-bromo-2-fluoro-1-iodobenzene)200.0g(664.7mM)、(3-クロロ-2-メトキシフェニル)ボロン酸((3-chloro-2-methoxyphenyl)boronic acid)148.7g(794.6mM)、Pd(PPh) 38.4g(33.2mM)、KCO 183.7g(1329.4mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)/HO1L/200mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:4)で精製して、目的化合物4-1-6 169g(81%)を得た。
2)化合物4-1-5の製造
化合物4-1-6 169g(535.5mM)、BBr 103mL(1071.0mM)をジクロロメタン(DCM)800mLに溶かした後、1時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:1)で精製して、目的化合物4-1-5 145.3g(90%)を得た。
3)化合物4-1-4の製造
化合物4-1-5 145.3g(481.9mM)、KCO 133.2g(963.9mM)をDMF800mLに溶かした後、4時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:8)で精製し、メタノールで再結晶して、目的化合物4-1-4 74.6g(57%)を得た。
4)化合物4-1-3の製造
化合物4-1-4 74.6g(265.1mM)、ビス(ピナコラト)ジボロン(bis(pinacolato)diboron)134.6g(530.2mM)、PdCl(dppf)19.4g(26.5mM)、KOAc78.1g(795.3mM)を1,4-dioxane500mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:5)で精製して、目的化合物4-1-3 76.7g(88%)を得た。
5)化合物4-1-2の製造
化合物4-1-3 76.7g(233.28mM)、2-クロロ-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine)67.7g(233.28mM)、Pd(PPh) 13.5g(11.7mM)、KCO 64.5g(466.6mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)/HO800/160mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:5)で精製し、メタノールで再結晶して、目的化合物4-1-2 70.9g(70%)を得た。
6)化合物4-1-1の製造
化合物4-1-2 74.0g(163.3mM)、ビス(ピナコラト)ジボロン(bis(pinacolato)diboron)g(326.6mM)、Pd(dba) 9.4g(16.3mM)、XPhos15.6g(32.7mM)、KOAc48.1g(489.9mM)を1,4-dioxane740mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:4)で精製して、目的化合物4-1-1 72.9g(85%)を得た。
7)化合物4-1の製造
化合物4-1-1 15.0g(28.5mM)、2-ブロモジベンゾ[b,d]フラン(2-bromodibenzo[b,d]furan)7.8g(31.4mM)、Pd(PPh) 1.6g(1.4mM)、KCO 7.9g(57.0mM)を1,4-ジオキサン(1,4-dioxane)/HO200/40mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はカラムクロマトグラフィー(DCM:Hex=1:3)で精製し、メタノールで再結晶して、目的化合物4-1 12.9g(80%)を得た。
前記製造例4において、2-クロロ-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine)の代わりに下記表4の中間体Aを用い、2-ブロモジベンゾ[b,d]フラン(2-bromodibenzo[b,d]furan)の代わりに下記表4の中間体Bを用いたことを除き、前記製造例4の製造と同様の方法で製造して、目的化合物Aを合成した。
Figure 2022551361000073

Figure 2022551361000074
<製造例5>化合物5-6の合成
Figure 2022551361000075
1)化合物5-6の製造
5-フェニル-5,7-ジヒドロインドロ[2,3-b]カルバゾール6.0g(18.05mM)、4-ブロモ-1,1’;4’,1”-ターフェニル6.7g(21.66mM)、Pd(dba) 0.824g(0.90mM)、Sphos0.74g(1.80mM)、t-BuONa3.47g(36.10mM)、1,4-オキサン60mLに溶かした後、24時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はDCB100mlに溶かしてシリカゲルに濾過して精製し、メタノールで再結晶して、目的化合物5-6 8.6g(85%)を得た。
前記製造例5において、4-ブロモ-1,1’;4’,1”-ターフェニルの代わりに下記表5の中間体Aを用い、5-フェニル-5,7-ジヒドロインドロ[2,3-b]カルバゾールの代わりに下記表5の中間体Bを用いたことを除き、前記製造例5の製造と同様の方法で製造して、目的化合物Aを合成した。
Figure 2022551361000076
<製造例6>化合物5-79の合成
Figure 2022551361000077
6-1)化合物5-79-2の製造
2-クロロ-7-フェニル-5,7-ジヒドロインドロ[2,3-b]カルバゾール7.0g(19.08mM)、ヨードベンゼン4.28g(20.99mM)、Pd(dba) 0.873g(0.95mM)、(t-Bu)P0.58g(2.86mM)、t-BuONa3.67g(38.16mM)、トルエン70mLに溶かした後、4時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。
反応物はMC/HEXカラム精製後、回転蒸発器で溶媒を除去して、目的化合物5-79-2 6.93g(82%)を得た。
前記製造例6-1において、2-クロロ-7-フェニル-5,7-ジヒドロインドロ[2,3-b]カルバゾールの代わりに下記表6の中間体C-3を用いたことを除き、前記製造例6の製造と同様の方法で製造して、目的化合物C-2を合成した。
Figure 2022551361000078
6-2)化合物5-79-1の製造
Figure 2022551361000079

2-クロロ-5,7-ジフェニル-5,7-ジヒドロインドロ[2,3-b]カルバゾール6.93g(15.65mM)、ビスピナコラトジボラン5.96g(23.47mM)、Pd(dba) 1.43g(1.56mM)、XPhos1.49g(3.13mM)、KOAc4.61g(46.94mM)、1,4-オキサン70mLに溶かした後、5時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はMC/HEXカラム精製し、濾液を減圧濃縮して、目的化合物5-79-1 6.8g(81%)を得た。
前記製造例6-2において、2-クロロ-5,7-ジフェニル-5,7-ジヒドロインドロ[2,3-b]カルバゾールの代わりに下記表7の中間体C-2を用いたことを除き、前記製造例6-2の製造と同様の方法で製造して、目的化合物C-1を合成した。
Figure 2022551361000080
6-3)化合物5-79の製造
Figure 2022551361000081

5,7-ジフェニル-2-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボラニル)-5,7-ジヒドロインドロ[2,3-b]カルバゾール6.8g(12.72mM)、3-ブロモ-9-フェニル-カルバゾール4.51g(14.00mM)、Pd(PPh 0.74g(0.64mM)、KCO 3.52g(25.45mM)、トルエン70mL/エタノール15mL/水15mLに溶かした後、4時間還流した。反応が完了した後、室温で蒸留水とDCMを入れて抽出し、有機層はMgSOで乾燥させた後、回転蒸発器で溶媒を除去した。反応物はMC/HEXカラム精製し、濾液を減圧濃縮して、目的化合物5-79 6.61g(80%)を得た。
前記製造例6-3において、5,7-ジフェニル-2-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボラニル)-5,7-ジヒドロインドロ[2,3-b]カルバゾールの代わりに下記表8の中間体C-1を、3-ブロモ-9-フェニル-カルバゾールの代わりに下記表8の中間体D-1を用いたことを除き、前記製造例6-3の製造と同様の方法で製造して、目的化合物Cを合成した。
Figure 2022551361000082
前記製造例以外の前記化学式1の化合物および前記化学式2の化合物も同様に製造した。上記で製造された化合物の合成確認資料は、下記表9および表10に記載した通りである。
Figure 2022551361000083

Figure 2022551361000084

Figure 2022551361000085

Figure 2022551361000086
<実験例1>有機発光素子の作製
1,500Åの厚さにインジウムチンオキシド(ITO、IndiumtTinOxide)が薄膜コーティングされたガラス基板を蒸留水超音波洗浄した。蒸留水洗浄が終わると、アセトン、メタノール、イソプロピルアルコールなどの溶剤で超音波洗浄をし乾燥させた後、UV洗浄機でUVを用いて5分間UVO処理した。以後、基板をプラズマ洗浄機(PT)に搬送させた後、真空状態でITOの仕事関数および残膜除去のためにプラズマ処理をして、有機蒸着用熱蒸着装置に搬送した。
前記ITO透明電極(陽極)上に、共通層である正孔注入層2-TNATA(4,4’,4’’-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine)および正孔輸送層NPB(N,N’-Di(1-naphthyl)-N,N’-diphenyl-(1,1’-biphenyl)-4,4’-diamine)を形成させた。
その上に、発光層を次のように熱真空蒸着させた。発光層は、ホストとして下記表11に記載のヘテロ環化合物を400Å蒸着し、緑色燐光ドーパントはIr(ppy)を発光層の蒸着厚さの7%ドーピングして蒸着した。以後、正孔阻止層としてBCPを60Å蒸着し、その上に電子輸送層としてAlqを200Å蒸着した。最後に、電子輸送層上にリチウムフルオライド(lithium fluoride:LiF)を10Åの厚さに蒸着して電子注入層を形成した後、電子注入層上にアルミニウム(Al)陰極を1,200Åの厚さに蒸着して陰極を形成することにより、有機電界発光素子を製造した。
一方、OLED素子の作製に必要なすべての有機化合物は、材料ごとにそれぞれ10-6~10-8torr下で真空昇華精製して、OLEDの作製に使用した。
前記のように作製された有機電界発光素子に対して、マックサイエンス社のM7000で電界発光(EL)特性を測定し、その測定結果をもって、マックサイエンス社製の寿命測定装置(M6000)により、基準輝度が6,000cd/mの時の、T90を測定した。
上記で製造された有機発光素子の駆動電圧、発光効率、色座標(CIE)、寿命を測定した結果は、下記表11の通りであった。
Figure 2022551361000087

Figure 2022551361000088

Figure 2022551361000089
<実験例2>-有機発光素子の作製
1,500Åの厚さにITOが薄膜コーティングされたガラス基板を蒸留水超音波洗浄した。蒸留水洗浄が終わると、アセトン、メタノール、イソプロピルアルコールなどの溶剤で超音波洗浄をし乾燥させた後、UV洗浄機でUVを用いて5分間UVO処理した。以後、基板をプラズマ洗浄機(PT)に搬送させた後、真空状態でITOの仕事関数および残膜除去のためにプラズマ処理をして、有機蒸着用熱蒸着装置に搬送した。
前記ITO透明電極(陽極)上に、共通層である正孔注入層2-TNATA(4,4’,4’’-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine)および正孔輸送層NPB(N,N’-Di(1-naphthyl)-N,N’-diphenyl-(1,1’-biphenyl)-4,4’-diamine)を形成させた。
その上に、発光層を次のように熱真空蒸着させた。発光層は、ホストとして化学式1に記載の化合物1種と化学式2に記載の化合物1種をpre-mixedして予備混合後、1つの供源で400Å蒸着し、緑色燐光ドーパントはIr(ppy)を発光層の蒸着厚さの7%ドーピングして蒸着した。以後、正孔阻止層としてBCPを60Å蒸着し、その上に電子輸送層としてAlqを200Å蒸着した。
最後に、電子輸送層上にリチウムフルオライド(lithium fluoride:LiF)を10Åの厚さに蒸着して電子注入層を形成した後、電子注入層上にアルミニウム(Al)陰極を1,200Åの厚さに蒸着して陰極を形成することにより、有機電界発光素子を製造した。
一方、OLED素子の作製に必要なすべての有機化合物は、材料ごとにそれぞれ10-6~10-8torr下で真空昇華精製して、OLEDの作製に使用した。
前記のように作製された有機電界発光素子に対して、マックサイエンス社のM7000で電界発光(EL)特性を測定し、その測定結果をもって、マックサイエンス社製の寿命測定装置(M6000)により、基準輝度が6,000cd/mの時の、T90を測定した。
本発明により製造された有機発光素子の駆動電圧、発光効率、色座標(CIE)、寿命を測定した結果は、下記表12の通りであった。
Figure 2022551361000090

Figure 2022551361000091

Figure 2022551361000092
前記表12の結果から分かるように、本発明の有機電界発光素子の発光層材料を用いた有機電界発光素子は、比較例20~30に比べて駆動電圧が低く、発光効率が向上しただけでなく、寿命も著しく改善された。
表11(化合物を単独で含む)および表12(化学式1のヘテロ環化合物および化学式2のヘテロ環化合物を同時に含む)の結果をみると、化学式1の化合物および化学式2の化合物を同時に含む場合、より優れた効率および寿命効果を示す。この結果は、2つの化合物を同時に含む場合、エキサイプレックス(exciplex)現象が起こることを予想することができる。
特に、前記表11の場合、本出願の化学式1または化学式2を単独で含む場合の有機発光素子で、特に化学式2を単独で使用する場合、非常に低い性能を示すことを確認することができ、前記表12のように本願の化学式1と本願の化学式2の組み合わせによりエキサイプレックス形態(exciplex form)の形成および正孔輸送能力の強化、正孔輸送層から正孔を受けることへの抵抗を低減してより高い水準の性能を発揮することを確認することができた。
前記エキサイプレックス(exciplex)現象は、2つの分子間の電子交換によりdonor(p-host)のHOMO level、acceptor(n-host)のLUMO levelの大きさのエネルギーを放出する現象である。2つの分子間のエキサイプレックス(exciplex)現象が起こると、Reverse Intersystem Crossing(RISC)が起こり、これによって蛍光の内部量子効率が100%まで上昇できる。正孔輸送能力の良いdonor(p-host)と電子輸送能力の良いacceptor(n-host)が発光層のホストとして使用される場合、正孔はp-hostに注入され、電子はn-hostに注入されるため、駆動電圧を低下させることができ、それによって寿命向上に役立てることができる。本願発明では、donorの役割は前記化学式2のヘテロ環化合物、acceptorの役割は前記化学式1のヘテロ環化合物が発光層ホストとして使用された場合に、優れた素子特性を示すことを確認することができた。
本願発明の化学式1の構造は、電気陰性度が高く、より安定した構造を有するジベンゾフランとジベンゾチオフェン、縮合されたアリーレン基を有する構造である。電子移動度も高いため、電子輸送層から電子を受けてドーパントに伝達および電子ドナーであるP type Hostとエキサイプレックス(Exciplex)を形成して逆系間交差を通してより高い効率を有することができる。特に、逆系間交差が起こる環境でも縮合環基が有する高い構造的安定性は、多くの電子が発光層に流入しても素材の劣化を遅延させてより高い寿命を示すことを確認することができた。
また、本発明では、複数種の化合物からなる発光ホストは、化合物を予備混合した後、1つの蒸着供給源として形成して蒸着した(実験例2、表12)。この時、数回の蒸着を施さないので、薄膜表面の均一さと薄膜特性をそのまま維持できるというメリットがある。これとともに、工程過程の簡素化により全体的な工程費用を減少させることはもちろん、効率、駆動電圧および寿命が改善された素子を形成することができる。
前記表12から分かるように、本願の化学式2のヘテロ環化合物の構造のように縮合されたカルバゾール構造は、2個のカルバゾール、または1個のカルバゾールとヘテロ環を含む構造で、カルバゾール内の窒素およびヘテロ原子に存在する非共有電子対によって強い電子ドナー(electron donor)特性を有する。すなわち、前記表12から分かるように、本願の化学式1に相当するヘテロ環化合物および前記化合物A~E(ビスカルバゾール形態;またはカルバゾールとヘテロ環との結合構造)に相当する化合物のうちの1つを使用した場合に比べて、全体的な駆動電圧/効率/寿命に優れていることを確認することができた。
また、基本骨格全体に相当する広い領域のπ-コンジュゲーションにより、縮合されていないカルバゾール化合物より広い領域のHOMO準位を有して、より広い正孔分布を有する。したがって、素子の駆動時、速い正孔輸送特性を示すことを確認することができ、これにより、素子の閾値電圧を低下させると同時に、駆動電圧を低下させて、電流効率の改善も期待できるというメリットを確認することができた。
しかも、前記化学式2のような縮合されたカルバゾールは、五角乃至六角環がπ-π結合により縮合されている形態である。これは、分子内のねじれが最小化された構造(rigid structure)を有するため、高い熱的安定性を示す。(Td95:400℃以上、高いT)高い熱的安定性は、有機発光素子(OLED)蒸着工程の苛酷な高真空および高温状態に耐えるのに良い要素になり、素子の長時間駆動時に素子の劣化現象にも有利である。したがって、前記化学式2の構造のように縮合されたカルバゾール構造は、低電圧、高効率および高い熱的安定性に基づいて良い寿命の材料になり得る基本構造であることが分かった。
また、前記表12のように予備混合する時、各物質の固有の熱的特性を確認して混合しなければならない。この時、予備混合したホスト(Host)物質を1つの蒸着源から蒸着する時、物質の固有の熱的特性によって蒸着速度を含む蒸着条件に大きな影響を与えることができる。予備混合された2種以上の物質間の熱的特性が類似しておらず大きく異なっている場合には、蒸着工程における反復性、再現性を維持することができず、これは、1回の蒸着工程ですべて均一なOLED素子を作製することができないことを意味する。
これを克服するために、各物質の基本構造と置換基の適切な組み合わせを活用して物質の電気的特性を調節すると同時に、熱的特性も分子構造の形態によって調節することができる。そのため、前記化学式2のように縮合されたカルバゾールのC-N bondingだけでなく、基本骨格のほかに前記化学式2に様々な置換基を活用して素子の性能向上を図ることはもちろん、各物質の熱的特性を調節してホスト-ホスト間の様々な予備混合蒸着工程の多様性を確保することができる。これにより、ホストとして2つの化合物だけでなく、3~4つ以上のホスト(Host)物質を活用した予備混合蒸着工程の多様性もともに確保できるというメリットがあることを確認することができた。
また、OLED素子の駆動時、長時間の素子駆動による非放射型エネルギー放出(Non-raditive emission)によって発生する熱エネルギーおよび電流の流れに対する抵抗から発生する熱エネルギーによって素子内部は長時間多様な形態の熱に露出する。金属とは異なり、有機物質の熱的耐性は非常に低い方に属するので、正確な熱安定性dataを通して物質の熱的安定性を確保しなければならない。これとともに、OLED素子の蒸着工程も高真空状態の高い温度で進行し、熱安定性の低い物質は蒸着工程ですでに物質の劣化が発生してOLED素子として全く駆動できなくなる。したがって、素子を構成する物質の熱安定性を確認することは、OLED素子を構築するうえで非常に重要な事前作業である。
前記化学式2に記載の縮合されたカルバゾール構造は、d-d結合で強く連結された様々な5角/6角環が縮合されている形態として硬い(rigid)構造を有するため、100℃以上の高いTgおよび400℃以上の非常に高いTd(95%)温度を有する。これは、OLED素子蒸着工程の苛酷な高真空/高温状態に十分に耐えることができ、以後、素子の長時間駆動でも素子の劣化現象を防止するのに十分な安定性を有する物質であることが分かる。
下記の図4~21は、Mettler Toledo社のTGA/DSC装置を用いて測定した前記化学式2の各物質の熱分析資料である。測定されたTd95は30℃で分あたり10Kの温度が上昇するように加熱して600℃まで上昇させて測定した。前記化学式2に相当するガラス転移温度(Tg)、結晶化温度(Tc)、溶融温度(Tm)、分解温度(Td/95%)などの熱的特性のうち、ガラス転移温度および分解温度の確認を通して素子の長期間駆動および高真空蒸着工程の安定性を先に確認することができた。
図4および図5は、本願の化合物2-19の熱的安定性を示すグラフであり、図6および図7は、本願の化合物2-20の熱的安定性を示すグラフであり、図8および図9は、本願の化合物2-22の熱的安定性を示すグラフであり、図10および図11は、本願の化合物2-8の熱的安定性を示すグラフであり、図12および図13は、本願の化合物2-18の熱的安定性を示すグラフであり、図14および図15は、本願の化合物2-79の熱的安定性を示すグラフであり、図16および図17は、本願の化合物2-123の熱的安定性を示すグラフである。
また、図18および図19は、前記化合物Aの熱的安定性を示すグラフであり、図20および図21は、前記化合物Cの熱的安定性を示すグラフである。
図4~図21の熱的安定性を示すグラフは、Td95は温度を加えて、質量の95%が残っている時の温度を測定した点で、Td95が高ければ高い温度でも安定的であることを意味する。
図4~図17と図18~図21を比較した時に確認できるように、ビスカルバゾール構造の化合物A(図18および図19)と化合物C(図20および図21)の場合、Td95が400℃以下と測定されたことを確認することができ、これは、縮合されたカルバゾール化合物に比べて低い熱的安定性を示すことを確認することができた。
したがって、前記化学式1のヘテロ環化合物および前記化学式2のヘテロ環化合物を同時に含む場合、低電圧/高効率目的の素子あるいは高効率/長寿命、低電圧/長寿命特性を有するOLED素子を作製するのに十分に効果的な基本構造であることを確認することができた。
100:基板
200:陽極
300:有機物層
301:正孔注入層
302:正孔輸送層
303:発光層
304:正孔阻止層
305:電子輸送層
306:電子注入層
400:陰極

Claims (18)

  1. 第1電極と、第2電極と、前記第1電極および第2電極の間に備えられた1層以上の有機物層とを含む有機発光素子であって、
    前記有機物層のうちの1層以上が、下記化学式1で表されるヘテロ環化合物、および下記化学式2で表されるヘテロ環化合物を含む有機発光素子:
    Figure 2022551361000093

    Figure 2022551361000094

    前記化学式1および2において、
    N-Hetは、置換もしくは非置換であり、Nを1個以上含む単環もしくは多環のC2~C60のヘテロ環基であり、
    LおよびL1は、直接結合;置換もしくは非置換のC6~C60のアリーレン基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリーレン基であり、
    Ar1は、置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基であるか、下記化学式1-Aで表され、
    Figure 2022551361000095

    X1は、O;S;またはNR22であり、
    R1~R4は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;C1~C60の置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であるか、互いに隣接する2以上の基は、互いに結合して置換もしくは非置換のC6~C60の脂肪族または芳香族炭化水素環、または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロ環を形成し、
    R5~R7およびR11~R19は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン;シアノ基;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC2~C60のアルケニル基;置換もしくは非置換のC2~C60のアルキニル基;置換もしくは非置換のC1~C60のアルコキシ基;置換もしくは非置換のC3~C60のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロシクロアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基;-P(=O)RR’;-SiRR’R”および-NRR’からなる群より選択され、
    A1およびA2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、O;S;NRa;またはCRbRcであり、
    前記R22、R、R’、R”およびRa~Rcは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であり、
    b、cおよびdは、0~3の整数であり、
    fは、0~2の整数であり、
    aおよびeは、0~5の整数である。
  2. 前記化学式1は、下記化学式3~6のいずれか1つで表されるものである、請求項1に記載の有機発光素子:
    Figure 2022551361000096

    Figure 2022551361000097

    Figure 2022551361000098

    Figure 2022551361000099

    前記化学式3~6において、N-Het、L、L1、R1~R7、X1およびa~eの定義は、前記化学式1における定義と同じである。
  3. 前記化学式1は、下記化学式3-1~6-1のいずれか1つで表されるものである、請求項1に記載の有機発光素子:
    Figure 2022551361000100

    Figure 2022551361000101

    Figure 2022551361000102

    Figure 2022551361000103

    前記化学式3-1~6-1において、N-Het、L、L1、R6、R7、a~cおよびeの定義は、前記化学式1における定義と同じであり、
    Ar2は、置換もしくは非置換の単環もしくは多環のC6~C60のアリール基である。
  4. 前記化学式1-Aは、下記化学式1-1~1-6のいずれか1つで表されるものである、請求項1に記載の有機発光素子:
    Figure 2022551361000104

    Figure 2022551361000105

    Figure 2022551361000106

    Figure 2022551361000107

    Figure 2022551361000108

    Figure 2022551361000109

    前記化学式1-1~1-6において、
    X1、R5およびdの定義は、前記化学式1における定義と同じであり、
    Figure 2022551361000110

    は、前記化学式1のL1と連結される位置を意味し、
    R31~R34は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であり、
    R35およびR36は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基である。
  5. N-Hetは、下記構造式から選択されるいずれか1つである、請求項1に記載の有機発光素子:
    Figure 2022551361000111

    前記構造式において、
    Figure 2022551361000112

    は、前記化学式1のLと連結される位置を意味し、
    R41~R45は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基である。
  6. 前記R5~R7は、水素である、請求項1に記載の有機発光素子。
  7. 前記化学式2は、下記化学式2-7~2-9のいずれか1つで表されるものである、請求項1に記載の有機発光素子:
    Figure 2022551361000113

    Figure 2022551361000114

    Figure 2022551361000115

    前記化学式2-7~2-9において、
    A1、A2、R11、およびR14の定義は、前記化学式2における定義と同じであり、
    A3は、O;S;またはNRgであり、
    R50およびR51は、水素;または置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基であり、少なくとも1つは、置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基であり、
    Rg、R52およびR53は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であり、
    rは、0~3の整数であり、
    qは、0~4の整数である。
  8. 前記化学式2のR11およびR14~R19は、水素である、請求項1に記載の有機発光素子。
  9. 前記化学式1は、下記の化合物のいずれか1つで表されるものである、請求項1に記載の有機発光素子:
    Figure 2022551361000116

    Figure 2022551361000117

    Figure 2022551361000118

    Figure 2022551361000119

    Figure 2022551361000120

    Figure 2022551361000121

    Figure 2022551361000122

    Figure 2022551361000123

    Figure 2022551361000124

    Figure 2022551361000125

    Figure 2022551361000126

    Figure 2022551361000127

    Figure 2022551361000128

    Figure 2022551361000129

    Figure 2022551361000130

    Figure 2022551361000131

    Figure 2022551361000132

    Figure 2022551361000133

    Figure 2022551361000134

    Figure 2022551361000135
  10. 前記化学式2は、下記の化合物のいずれか1つで表されるものである、請求項1に記載の有機発光素子:
    Figure 2022551361000136

    Figure 2022551361000137

    Figure 2022551361000138

    Figure 2022551361000139

    Figure 2022551361000140

    Figure 2022551361000141

    Figure 2022551361000142

    Figure 2022551361000143

    Figure 2022551361000144
  11. 前記有機物層は、正孔阻止層、電子注入層、および電子輸送層のうちの少なくとも1層を含み、前記正孔阻止層、電子注入層、および電子輸送層のうちの少なくとも1層が、前記化学式1で表されるヘテロ環化合物、および前記化学式2で表されるヘテロ環化合物を含むものである、請求項1に記載の有機発光素子。
  12. 前記有機物層は、発光層を含み、前記発光層は、前記化学式1で表されるヘテロ環化合物、および前記化学式2で表されるヘテロ環化合物を含むものである、請求項1に記載の有機発光素子。
  13. 前記有機物層は、発光層を含み、前記発光層は、ホスト物質を含み、前記ホスト物質は、前記化学式1で表されるヘテロ環化合物、および前記化学式2で表されるヘテロ環化合物を含むものである、請求項1に記載の有機発光素子。
  14. 前記有機発光素子は、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、電子ブロック層、および正孔ブロック層からなる群より選択される1層または2層以上をさらに含むものである、請求項1に記載の有機発光素子。
  15. 下記化学式1で表されるヘテロ環化合物、および下記化学式2で表される化合物を含む有機発光素子の有機物層用組成物:
    Figure 2022551361000145

    Figure 2022551361000146

    前記化学式1および2において、
    N-Hetは、置換もしくは非置換であり、Nを1個以上含む単環もしくは多環のC2~C60のヘテロ環基であり、
    LおよびL1は、直接結合;置換もしくは非置換のC6~C60のアリーレン基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリーレン基であり、
    Ar1は、置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基であるか、下記化学式1-Aで表され、
    Figure 2022551361000147

    X1は、O;S;またはNR22であり、
    R1~R4は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;C1~C60の置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であるか、互いに隣接する2以上の基は、互いに結合して置換もしくは非置換のC6~C60の脂肪族または芳香族炭化水素環、または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロ環を形成し、
    R5~R7およびR11~R19は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン;シアノ基;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC2~C60のアルケニル基;置換もしくは非置換のC2~C60のアルキニル基;置換もしくは非置換のC1~C60のアルコキシ基;置換もしくは非置換のC3~C60のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロシクロアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基;-P(=O)RR’;-SiRR’R”および-NRR’からなる群より選択され、
    A1およびA2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、O;S;NRa;またはCRbRcであり、
    前記R22、R、R’、R”およびRa~Rcは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;置換もしくは非置換のC1~C60のアルキル基;置換もしくは非置換のC6~C60のアリール基;または置換もしくは非置換のC2~C60のヘテロアリール基であり、
    b、cおよびdは、0~3の整数であり、
    fは、0~2の整数であり、
    aおよびeは、0~5の整数である。
  16. 前記組成物中の、前記化学式1で表されるヘテロ環化合物:前記化学式2で表されるヘテロ環化合物の重量比は、1:10~10:1である、請求項15に記載の有機発光素子の有機物層用組成物。
  17. 基板を用意するステップと、
    前記基板上に第1電極を形成するステップと、
    前記第1電極上に1層以上の有機物層を形成するステップと、
    前記有機物層上に第2電極を形成するステップとを含み、
    前記有機物層を形成するステップは、請求項15に記載の有機物層用組成物を用いて1層以上の有機物層を形成するステップを含む有機発光素子の製造方法。
  18. 前記有機物層を形成するステップは、前記化学式1のヘテロ環化合物および前記化学式2のヘテロ環化合物を予備混合(pre-mixed)して、熱真空蒸着方法を用いて形成するものである、請求項17に記載の有機発光素子の製造方法。
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